TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS Y SU POTENCIAL AHORRO ENERGÉTICO
Los transformadores eléctricos son aparatos fundamentales de presencia significativa dentro de un sistema de potencia. Ellos, junto con otros equipos, hacen parte de los elementos que conforman los sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica que permite el suministro de potencia eléctrica a los usuarios finales.
A pesar de la elevada eficiencia energética de los transformadores en comparación con el resto de las máquinas eléctricas, el hecho de que toda la energía eléctrica pase al menos por un transformador de distribución permite que, promoviendo el aumento de la eficiencia sobre este tipo de máquinas, se consiga en el largo plazo un beneficio.
PERDIDAS EN LOS TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS.
Las pérdidas en los transformadores pueden dividirse en dos: las pérdidas en vacío y las pérdidas en carga.
Las pérdidas en vacío se generan en el núcleo del transformador durante su funcionamiento e independientemente de la carga a que está sometido (es decir 24 h durante 365 días al año). Estas pérdidas son constantes y ocurren aun cuando el secundario del transformador este a circuito abierto, es decir sin carga. Estas pérdidas pueden descomponerse en las siguientes componentes:
- Pérdidas por histéresis.
- Pérdidas por corrientes turbillonarias.
- Pérdidas joule por corrientes de vacío.
- Pérdidas dieléctricas.
De todas estas, las de mayor relevancia son las pérdidas por histéresis, las cuales tienen una participación del 50 al 80% en el total de pérdidas de vacío. Las mismas son causadas por la resistencia de las moléculas que conforman el núcleo magnético a ser magnetizadas y desmagnetizadas por acción de un campo magnético variable. Esta resistencia genera fricción entre las moléculas, resultando en pérdidas por disipación de energía calórica. En segundo orden de importancia y con una participación del 20 al 50 % se ubican las pérdidas por corrientes turbillonarias. Las mismas son causadas por corrientes inducidas en el núcleo creadas por el campo magnético variable, más precisamente en las láminas de material magnético que lo conforman.
Las pérdidas en carga varían en función del cuadrado de la corriente (o sea que dependen del estado de carga y son variables). Pueden descomponerse en:
- Pérdidas en el cobre, también denominadas I²R
- Pérdidas por corrientes turbillonarias.
Ambas ocurren tanto en el bobinado primario como en el secundario del transformador, siendo las pérdidas en el cobre las de mayor incidencia–en las pérdidas de carga, las cuales son causadas por la resistencia del conductor de cobre, que conforma los bobinados, al flujo de la corriente eléctrica
EL INCREMENTO DE LA EFICIENCIA EN LOS TRANSFORMADORES ELÉCTRICOS.
El incremento de la eficiencia energética de un transformador, está asociado comúnmente a la reducción de pérdidas. Sin embargo, desde un punto de vista más amplio, no sólo deben reducirse las pérdidas, sino optimizarlas para las características de la demanda a abastecer, logrando así el diseño técnico y económicamente más conveniente, que permita mejorar tanto la eficiencia del transformador, así como también, la de la red de distribución en su conjunto.
Por lo tanto, las pérdidas pueden ser reducidas mediante:
- Las técnicas de fabricación y las tecnologías y materiales empleados.
- La optimización del diseño.
- Buenas prácticas vinculadas a la operación y mantenimiento.
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Para la reducción de pérdidas en vacío se recurre a:
- Aumentar la sección del núcleo que conlleva una reducción del campo magnético en el núcleo del transformador, y por tanto en las pérdidas. Como contrapartida se produce un incremento relevante del precio y el tamaño del transformador.
- Utilizar aceros especiales, que reducen el espesor de las láminas de grano orientado utilizadas habitualmente, con el fin de reducir las corrientes turbillonarias.
- Emplear transformadores de núcleo amorfo, que proporcionan una reducción de pérdidas en vacío superiores al 70% respecto de los mejores transformadores convencionales.
Para la reducción de pérdidas en carga, puede optarse por:
- Incrementar la sección de los devanados del transformador, con el consiguiente aumento del costo y del volumen. El incremento de volumen puede mitigarse parcialmente al generarse menor calor y reducirse los requisitos de ventilación.
- Utilizar materiales superconductores en los devanados. Dicha tecnología es aún muy cara y no está madura, además de presentar problemas para soportar las corrientes de cortocircuito habituales en redes de media tensión.
MANTENIMIENTO
Como ya se ha mencionado, la vida útil de los transformadores depende fuertemente del estado de su aislamiento. Controlando su estado en lapsos regulares o bien ocasiones especiales, se pueden predecir fallas incipientes, evitando de esta manera consecuencias catastróficas. En otras palabras, con un programa de mantenimiento adecuado es posible incrementar la confiabilidad del transformador, y con ello la del sistema en el que se encuentra conectado.
En la actualidad es común observar como las políticas de muchas empresas, en el afán de reducir costos al corto plazo, han reducido las tareas de mantenimiento (no solo en transformadores). Sin embargo, es evidente que de esta manera se genera un riesgo de falla mayor al mediano y largo plazo.
En los sistemas de potencia la técnica de mantenimiento debe necesariamente desarrollarse bajo el concepto de reducir los tiempos de intervención sobre cada equipo, con el fin de obtener la menor indisponibilidad para el servicio. A partir de ello y basándose en la predicción y diagnóstico del estado de cada equipo, debe realizarse el mantenimiento predictivo de manera programada.
